5. glob{lní navigační satelitní systémy gnss,fast.darmy.net/prezentace szz/01_vseobecne/05....
TRANSCRIPT
5. Glob{lní navigační satelitní systémy (GNSS),
jejich popis, princip, využití v geodézii.
Zpracoval: Tomáš Kobližek, 2014
Obecný princip
• Globální navigační družicové systémy (GNSS)
umožňují určení prostorové polohy uživatele pomocí
měření vzdáleností mezi přijímačem a družicemi.
Jedná se v podstatě o prostorové protínání z délek.
• Základem je množina družic vysílajících navigační
signály (tzv. kosmický segment).
• Podmínka: v libovolném místě a čase na povrchu
Země a v jejím okolí → dostatečný počet družic a
vhodná konstelace.
• Jednosměrné šíření signálů – neomezený počet
uživatelů
Obecný princip • GNSS je tvořen čtyřmi segmenty:
o kosmický (družice),
o kontrolní a řídící (pozemní stanice)
o uživatelský (přijímače GNSS)
o podpůrný (SBAS, sítě referenčních stanic)
• Budování kosmického segmentu a způsobilost GNSS o První družice pro ověření technologie (např. Giove-A).
o Další družice vysílající nativní signály systému.
o Initial Operational Capability (IOC) – počáteční operační způsobilost.
o Full Operational Capability (FOC) – plná operační způsobilost.
Vývoj GNSS • Dá se říct, že s budováním GNSS se začalo v USA v
60. letech 20. století díky vojenským požadavkům.
• Nejznámější současný systém NAVSTAR-GPS
(Navigation Satellite Timing and Ranging – Global
Positioning System), tedy česky „globální systém pro
určování polohy“ se začal budovat od r. 1978.
• Ruský vojenský systém GLONASS
• Evropský civilní systém Galileo
• Další asijské systémy: Compass (Čína),
• RNSS: QZSS (Japonsko), IRNSS (Indie)
Kosmický segment GPS • Družice různého stáří a různé technologické úrovně
vybavené atomovými hodinami, anténami,
solárními panely a raketovými motory.
Kosmický segment GPS • Nosné vlny signálů v pásmu L (L-band).
• L1, L2 a L5 jsou využívány pro určení polohy, L3 a L4 slouží k vojenským účelům (detekce nukleárních výbuchů). o L1 = 1575,42 MHz,
o L2 = 1227,60 MHz,
o L5 = 1176,45 MHz.
• Nosné vlny jsou fázově modulovány pseudonáhodnými kódy (PRN) kvůli rozlišení signálů jednotlivých družic (Code Division Multiple Access);
• Z tohoto důvodu se každá družice označuje unikátním identifikátorem PRN.
• Kódy se dělí podle oprávnění: o Civilní (C kód)
o Chráněné/Přesné (P kód, Y kód)
o Vojenské (M kód)
Řídící a kontrolní segment
• Operational Control Segment:
o Hlavní řídící stanice (Master Control Station),
o Monitorovací stanice (Monitoring Station),
o Pozemní antény (Ground Antennas)
• Hlavní úkoly:
o Sledování družic na jejich drahách, určení chodu
hodin a jeho predikce, synchronizace času na
družicích a nahrávání navigační zprávy na
družice.
Uživatelský segment
• Nespočetná množina různých přijímačů různých
výrobců.
• Lze je rozdělit podle dosažené přesnosti určení
polohy: o navigační (přijímají pouze C kód na první frekvenci),
o geoinformační (pro rychlý sběr dat, mohou využívat služby DGPS),
o geodetické (fázové zpracování nosné vlny),
o (vojenské, pro speciální aplikace, apod.).
Uživatelský segment
• Měření lze rozdělit na
o kódové (přijímač využívá obálky modulovaného signálu pro výpočet transitního času signálu od družice k přijímači) – měřenou veličinou je pseudovzdálenost (pseudorange),
o fázové (přijímač zpracovává přímo nosnou vlnu signálu bez ohledu na modulaci) – měřenou veličinou je fázový doměrek (poslední necelá vlna).
• Fázové měření jsou schopny realizovat pouze geodetické aparatury, stejně jako kódové měření P kódu
Metody určení polohy bodu
• Podle použitých veličin na:
o kódové,
o fázové.
• Podle doby potřebné k získání polohy na:
o v reálném čase,
o s následným zpracováním (postprocessing).
• Podle režimu pohybu přijímače v průběhu měření
na:
o statické,
o kinematické.
Metody určení polohy – podle způsobu určení polohy • Absolutní – autonomní měření jedním nebo více
přijímači nezávisle na sobě. o SPP – single point positioning
o PPP – precise point positioning
• Relativní – simultánní měření aspoň dvou přijímačů, jejichž měření se zpracovává společně a výsledkem je jejich vzájemný prostorový vztah (vektor).
• Diferenční – využití známých souřadnic na referenčním bodě k výpočtu korekcí veličin měřených ostatními přijímači. o Kódové DGNSS
o Fázové DGNSS (Real Time Kinematics – RTK)
Vlivy limitující přesnost GNSS
• Na měření technologií GNSS působí celá řada
systematických faktorů:
o umělé ovlivňování kvality signálu (SA, AS),
o chyby související s družicemi,
o chyby při šíření signálu atmosférou,
o chyby související s přijímačem,
o chyby související s místem měření.
Dilution of Precision (DOP) • Geometrie viditelných družic je důležitým faktorem
ovlivňujícím dosahovanou přesnost určení polohy. V
čase se vlivem pohybu družic a přijímače mění. Míru
přesnosti podle okamžité geometrie družic vyjadřují
parametry DOP (Dilution of Precision – snížení přesnosti).
• Při vyrovnání polohové úlohy se vypočte kofaktorová
matice neznámých
• Pro výpočet parametrů DOP však není potřeba
observací, pouze almanach nebo jiné parametry drah
družic.
• Při plánování observace technologií GNSS se provádí
určení parametrů DOP předem.
• Rozlišují se GDOP, PDOP, HDOP, VDOP, TDOP
• Ve vyhlášce jsou maximální použitelné hodnoty DOP!
• Čím menší hodnota, tím lepší přesnost
Děkuji za pozornost